(57)【要約】【課題】  本発明は、液晶表示ディスプレイのコントラスト低下を抑えつつ、全ての階調でオーバードライブ処理を行うことができる画像処理回路を提供する。【解決手段】  本発明は、オーバードライブ処理を行う液晶表示ディスプレイ用の画像処理回路であって、画像データの階調を中間調方向に所定のデータ圧縮率で圧縮し、圧縮データを出力するデータ圧縮回路１と、圧縮データに対して擬似階調処理を行い、画像データの階調数と同じ階調数の擬似階調画像データを出力するＦＲＣ処理回路２と、擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、圧縮データの最大階調と最小階調との電圧差よりも大きくし、且つ画像データと圧縮データとの階調差の部分に新たに電圧を割り当ててオーバードライブ処理に利用するオーバードライブ処理回路３とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバードライブ処理を行う液晶表示ディスプレイ用の画像処理回路であって、
画像データの階調を中間調方向に所定のデータ圧縮率で圧縮し、圧縮データを出力するデータ圧縮部と、
前記圧縮データに対して擬似階調処理を行い、前記画像データの階調数と同じ階調数の擬似階調画像データを出力する擬似階調処理部と、
前記擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、前記圧縮データの最大階調と最小階調との電圧差よりも大きくし、且つ前記画像データと前記圧縮データとの階調差の部分に新たに電圧を割り当ててオーバードライブ処理に利用するオーバードライブ処理部とを備える画像処理回路。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理回路であって、
前記オーバードライブ処理部は、前記擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、前記画像データの最大階調と最小階調との電圧差と同じ大きさにすることを特徴とする画像処理回路。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の画像処理回路であって、
前記データ圧縮部は、前記データ圧縮率を任意に設定できることを特徴とする画像処理回路。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の画像処理回路であって、
前記データ圧縮部は、前記画像データの階調を圧縮した際に生じる小数部のデータを、前記圧縮データに格納し、
前記擬似階調処理部は、前記小数部のデータに基づいてフレームレートコントロール処理を行うことを特徴とする画像処理回路。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の画像処理回路であって、
ガンマ補正を行うガンマ生成部と、
前記データ圧縮率に基づいて、前記ガンマ生成部を制御するガンマ補正制御部とをさらに備えることを特徴とする画像処理回路。
【請求項６】
画像データの階調を中間調方向に所定のデータ圧縮率で圧縮し、圧縮データを出力するデータ圧縮ステップと、
前記圧縮データに対して擬似階調処理を行い、前記画像データの階調数と同じ階調数の擬似階調画像データを出力する擬似階調処理ステップと、
前記擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、前記圧縮データの最大階調と最小階調との電圧差よりも大きくし、且つ前記画像データと前記圧縮データとの階調差の部分に新たに電圧を割り当ててオーバードライブ処理に利用するオーバードライブ処理ステップとを備える画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理回路及び画像処理方法に係る発明であって、特に、液晶表示ディスプレイに用いられる画像処理回路及び画像処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示ディスプレイは、様々な分野に利用され、ＰＣモニター以外にＴＶ用途にも利用されている。しかし、液晶表示ディスプレイは応答速度が遅いため、ＴＶ用途のような動画が中心の表示の場合、残像等が生じ表示品位が低下する問題があった。そこで、液晶表示ディスプレイでは、オーバードライブ処理方式を採用して応答速度を速めることが行われている。オーバードライブ処理とは、画像データが動画の場合、液晶に印加される電圧を、前フレームから現フレームへのデータ変化方向が正方向の場合、通常の場合に比べて高くし、前フレームから現フレームへのデータ変化方向が負方向の場合、通常の場合に比べて低くする処理方法である。この方法により、動画の表示品位を高めることができる。
【０００３】
上述したように、オーバードライブ処理は、液晶に通常印加される電圧より高い電圧又は低い電圧を印加する方法である。そのため、白の画像データや黒の画像データには、最大又は最小階調が通常設定されているので、それ以上高い電圧又は低い電圧を液晶に印加することができなかった。つまり、従来のオーバードライブ処理では、中間階調の画像データに対して適用できても、白や黒の画像データに対して適用できない問題があった。
【０００４】
液晶表示ディスプレイがノーマリホワイトの場合、白表示の際液晶に印加される電圧（以下、単に白電圧ともいう）が最も小さく設定され、黒表示の際液晶に印加される電圧（以下、単に黒電圧ともいう）が最も大きく設定されている。また、液晶表示ディスプレイがノーマリブラックの場合、黒表示の際液晶に印加される電圧が最も小さく設定され、白表示の際液晶に印加される電圧が最も大きく設定されている。ノーマリホワイト又はノーマリブラックのいずれの場合でも、白や黒の画像データに対してオーバードライブ処理を行うことができなかった。
【０００５】
そこで、白や黒の画像データに対してオーバードライブ処理を行う方法として特許文献１に示すような、画像データの階調を中間調方向に圧縮する方法が提案されている。この方法は、画像データの階調を中間調方向に圧縮することで、白や黒の階調の上側又は下側にオーバードライブ処理に利用できる階調を確保する方法である。そのため、圧縮後の黒電圧や白電圧よりも高い電圧又は低い電圧を液晶に印加することができるようになる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３５１１５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、画像データの階調を中間調方向に圧縮する方法は、表示できる階調数が低下すると共に、圧縮後の画像データの最大階調と最小階調との電圧差が小さくなる。液晶表示ディスプレイのコントラストは、最大階調に印加される電圧と、最小階調に印加される電圧との差、つまり画像データの最大階調と最小階調との電圧差で決まる。そのため、この電圧差が大きいと、液晶表示ディスプレイのコントラストは高くなり、逆に、この電圧差が小さいと、液晶表示ディスプレイのコントラストは低くなる。
【０００８】
画像データの階調を中間調方向に圧縮する方法では、圧縮後の画像データの最大階調と最小階調との電圧差が小さくなるため、液晶表示ディスプレイのコントラストが低下する問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、液晶表示ディスプレイのコントラスト低下を抑えつつ、全ての階調でオーバードライブ処理を行うことができる画像処理回路及び画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る解決手段は、オーバードライブ処理を行う液晶表示ディスプレイ用の画像処理回路であって、画像データの階調を中間調方向に所定のデータ圧縮率で圧縮し、圧縮データを出力するデータ圧縮部と、圧縮データに対して擬似階調処理を行い、画像データの階調数と同じ階調数の擬似階調画像データを出力する擬似階調処理部と、擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、圧縮データの最大階調と最小階調との電圧差よりも大きくし、且つ画像データと圧縮データとの階調差の部分に新たに電圧を割り当ててオーバードライブ処理に利用するオーバードライブ処理部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に記載の画像処理回路は、擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、圧縮データの最大階調と最小階調との電圧差よりも大きくし、且つ画像データと圧縮データとの階調差の部分に新たに電圧を割り当ててオーバードライブ処理に利用するので、液晶表示ディスプレイのコントラスト低下を抑えつつ、全ての階調でオーバードライブ処理を行うことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施の形態１）
液晶表示ディスプレイは、液晶に電圧を印加し液晶分子の配列を制御することで、透過光や反射光を制御して画像を表示するディスプレイである。そして、液晶表示ディスプレイは、ノーマリホワイトとノーマリブラックとの２種類に分類することができる。まず、ノーマリホワイトは、図１に示すように、最も低い電圧が白表示の際液晶に印加される電圧（以下、単に白電圧ともいう）に設定され、最も高い電圧が黒表示の際液晶に印加される電圧（以下、単に黒電圧ともいう）に設定されている。つまり、ノーマリホワイトの液晶表示ディスプレイでは、電圧が印加されていない状態が白表示となる。
【００１３】
一方、ノーマリブラックは、図示しないが、最も低い電圧が黒電圧に設定され、最も高い電圧が白電圧に設定されている。つまり、ノーマリブラックの液晶表示ディスプレイでは、電圧が印加されていない状態が黒表示となる。
【００１４】
また、背景技術でも説明したオーバードライブ処理の一例を図２に示す。図２では、画像データを中間階調方向に圧縮して、その圧縮データに基づいて、オーバードライブ処理を行っている。具体的に説明すれば、０階調＝４Ｖから６３階調＝０Ｖまでの６４階調数の画像データを、８階調＝３．５Ｖから５５階調＝０．５Ｖまでの４８階調数の圧縮データにデータ圧縮する。つまり、ノーマリホワイトの液晶表示ディスプレイの場合、黒電圧を０階調＝４Ｖから８階調＝３．５Ｖに、白電圧を６３階調＝０Ｖから５５階調＝０．５Ｖに変更することになる。なお、画像データの８階調から５５階調までに対応する圧縮データを、圧縮データの０階調から４８階調と表現し直しても良いが、本実施の形態では、圧縮データを画像データの階調表現のまま説明する。
【００１５】
図２のように画像データをデータ圧縮することで、黒電圧（８階調＝３．５Ｖ）より電圧の高い部分（０〜７階調）、白電圧（５５階調＝０．５Ｖ）より電圧の低い部分（５６〜６３階調）を確保することができる。そして、確保した階調（０〜７階調、５６〜６３階調）を利用して、白電圧や黒電圧に対してオーバードライブ処理を行っている。
【００１６】
しかし、画像データを図２のように圧縮すると、階調数が減ると共に、黒電圧と白電圧との電位差が小さくなる。黒電圧と白電圧との電位差が小さくなると、上述したように液晶表示ディスプレイのコントラストが低下することになる。
【００１７】
そこで、本実施の形態では、図３に示す画像処理方法を用いることで階調数及びコントラストの低下を抑えつつ、白階調や黒階調を含む全ての階調に対してオーバードライブ処理を行うことができる。図３では、液晶表示ディスプレイがノーマリホワイトの場合で説明する。また、図３に示す画像処理方法を行う画像処理回路のブロック図を図４に示す。
【００１８】
図３に示す画像処理方法でも、まず、６ｂｉｔの画像データを中間階調方向に圧縮する。なお、画像データは、０階調＝４Ｖから６３階調＝０Ｖまでの６４階調数を有する。画像データを中間階調方向に３／４データ圧縮すると、具体的には、０階調の画像データが８階調の圧縮データに、１階調の画像データが８．７５階調の圧縮データに、２階調の画像データが９．５階調の圧縮データに、３階調の画像データが１０．２５圧縮の画像データにそれぞれ圧縮される。以下の階調も同様に圧縮され、６３階調の画像データは５５．２５階調の圧縮データに圧縮される。
【００１９】
しかし、圧縮データの階調数は整数であるので、従来は小数部を切り捨てて、０階調及び１階調の画像データが８階調の圧縮データに、２階調の画像データが９階調の圧縮データに、３階調の画像データが１０階調の圧縮データにそれぞれ圧縮されていた。これにより、０階調から３階調（４階調分）の画像データが８階調から１０階調（３階調数分）の圧縮データへ３／４にデータ圧縮される。
【００２０】
一方、本実施の形態では、小数部を切り捨てずに、圧縮データを整数＋小数の８ｂｉｔのデータとしている。そのため、本実施の形態では、圧縮データの小数部を利用して、擬似階調処理を行うことができる。図３では、擬似階調処理としてＦＲＣ（Frame Rate Control）処理を採用している。ここで、ＦＲＣ処理とは、複数のフレームにおいて表示するフレームと非表示のフレームとの割合を変えることで擬似的に階調を表現する処理手段である。
【００２１】
図３に示すＦＲＣ処理は、例えば、圧縮データが小数部を持たない８階調の場合、全てのフレームにおいて８階調を表示し、圧縮データが８．７５階調の場合、４フレーム中３フレームにおいて９階調を表示する。また、図３に示すＦＲＣ処理は、例えば、圧縮データが９．５階調の場合、４フレーム中２フレームにおいて１０階調を表示し、圧縮データが１０．２５階調の場合、４フレーム中１フレームにおいて１１階調を表示する。このようなＦＲＣ処理を圧縮データに対して行うことで、４８階調数であった圧縮データを６４階調数の擬似階調画像データに変換することができる。
【００２２】
擬似階調画像データは、整数のみの６ｂｉｔデータとして表現される。なお、擬似階調画像データを、新たに０階調から６３階調までの表現に改めての良いが、図３に示す例では、擬似階調画像データの階調も画像データの階調で表現している。
【００２３】
なお、図３に示した擬似階調処理は、ＦＲＣ処理であるが、本発明はこれに限られず、ディザ処理等の他の擬似階調処理を用いても良い。また、本実施の形態のように、ＦＲＣ処理のみの擬似階調処理でも良いが、本発明は、ＦＲＣ処理とディザ処理とを組み合わせた擬似階調処理でも良い。
【００２４】
また、上述した擬似階調処理では、圧縮データの小数部が０．２５なら４フレーム中１フレームの表示し、０．５なら４フレーム中２フレームの表示し、０．７５なら４フレーム中３フレームの表示している。本発明はこれに限られず、圧縮データの小数部に基づいて擬似階調処理を制御しているのであれば他の処理方法であっても良い。
【００２５】
図３に示す擬似階調画像データは、擬似階調処理により画像データと同じ６４階調数を有することになる。そのため、擬似階調画像データのままでも階調数に関して改善することができる。しかし、擬似階調画像データの黒電圧は、圧縮データをそのまま引き継いでいるので８階調＝３．５Ｖとなり、白電圧も５５階調＝０．５Ｖのままである。そのため、擬似階調画像データに基づいて液晶表示ディスプレイを駆動したのでは、コントラストが低下したままとなる。
【００２６】
そこで、本実施の形態では、図３に示す擬似階調画像データの最大階調（８階調）と最小階調（５５階調）との電圧差を、画像データの最大階調（０階調）と最小階調（６３階調）との電圧差と同じ大きさに設定し直している。つまり、擬似階調画像データの黒電圧（８階調）を３．５Ｖから４Ｖに、擬似階調画像データの白電圧（５５階調）を０．５Ｖから０Ｖに電圧を拡大している。
【００２７】
これにより、本実施の形態は、黒電圧と白電圧との差で決まる液晶表示ディスプレイのコントラストが改善され、表示品位の高い画像を表示させることが可能となる。さらに、本実施の形態では、画像データと圧縮データとの階調差の部分（黒電圧（８階調）より高い部分（０〜７階調）、白電圧（５５階調）より低い部分（５６〜６３階調））に、新たに電圧を設定することができる。具体的には、０階調に５Ｖを設定する。なお、図３からも分かるように、白電圧（５５階調）＝０Ｖ以下に電圧を設定することができないため、５６〜６３階調に０Ｖ以下の電圧を設定することができない。
【００２８】
本実施の形態では、黒電圧（８階調）より高い電圧（０階調＝５Ｖ）を設定することができるので、黒電圧に対してオーバードライブ処理を行うことができる。しかし、白電圧に対しては、０Ｖ以下の電圧を設定できない関係でオーバードライブ処理を行うことができない。
【００２９】
なお、ノーマリブラックの液晶表示ディスプレイは、上記の関係が逆になり、白電圧（８階調）より高い電圧（０階調＝５Ｖ）を設定することができるので、白電圧に対してオーバードライブ処理を行うことができるが、黒電圧に対しては、０Ｖ以下の電圧を設定できない関係でオーバードライブ処理を行うことができない。
【００３０】
また、図３では、擬似階調画像データの最大階調（８階調）と最小階調（５５階調）との電圧差を、画像データの最大階調（０階調）と最小階調（６３階調）との電圧差と同じ大きさに設定し直している。これは、画像データと同じコントラストを確保するための処理であるため、多少コントラストを犠牲にすることで、黒電圧と白電圧との両方に対してオーバードライブ処理を行うことも可能となる。
【００３１】
つまり、擬似階調画像データの最大階調（８階調）と最小階調（５５階調）との電圧差を、画像データの最大階調（０階調）と最小階調（６３階調）との電圧差より小さいが、圧縮データの最大階調（８階調）と最小階調（５５階調）との電圧差より大きくする。具体的には、擬似階調画像データの最大階調（８階調）＝４Ｖ、最小階調（５５階調）＝０．２５Ｖに設定する。これにより、白電圧（８階調）より高い電圧（０階調＝５Ｖ）及び黒電圧（５５階調）より低い電圧（６３階調＝０Ｖ）が設定できるようになる。
【００３２】
以上、図３に示した画像処理方法を、図４のブロック図で説明する。まず、データ圧縮部であるデータ圧縮回路１にｍｂｉｔの画像データが入力される。この画像データは整数部のみが格納されている。そして、データ圧縮回路１には、データ圧縮率が供給される。図３の例では、データ圧縮率は３／４であったが、本発明はこれに限られず任意にデータ圧縮率（例えば、５／１６や１／２等）を設定することができる。本発明は、データ圧縮率を任意に設定することができるため、様々な条件において最適なオーバードライブ処理を行うことができる。
【００３３】
データ圧縮回路１では、データ圧縮率に基づいて画像データを中間階調方向にデータを圧縮し、圧縮データを出力する。この圧縮データには、整数部にｍｂｉｔ、小数部にｎｂｉｔが格納されている。次に、この圧縮データは、擬似階調処理部であるＦＲＣ処理回路２に入力される。ＦＲＣ処理回路２では、圧縮データの小数部に基づいてＦＲＣ処理を行い画像データと同じ階調数を有する擬似階調画像データを出力する。この擬似階調画像データには、整数部にｍｂｉｔが格納されている。
【００３４】
次に、擬似階調画像データは、オーバードライブ処理部であるオーバードライブ処理回路３に入力される。このオーバードライブ処理回路３では、擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、圧縮データの最大階調と最小階調との電圧差よりも大きくし、且つ画像データと圧縮データとの階調差の部分（０階調から７階調、５６階調から６３階調）に新たに電圧を割り当てる。これにより、オーバードライブ処理回路３では、擬似階調画像データの最大階調（ノーマリホワイトの場合、黒電圧）又は最小階調（ノーマリホワイトの場合、白電圧）に対して、新たに割り当てた電圧を利用してオーバードライブ処理を行うことが可能となる。なお、他の階調でのオーバードライブ処理は、一般的な方法で行われるため詳細な説明は省略する。
【００３５】
オーバードライブ処理回路３は、擬似階調画像データに対しオーバードライブ処理を行い、最終的に液晶に印加される出力画像データを出力する。なお、オーバードライブ処理は、現フレームの画像データが動画の場合にのみ適用されるので、図４には図示していないが、本実施の形態に係る画像処理回路は動画／静止画判定回路を有している。
【００３６】
以上のように、本実施の形態に係る画像処理回路及び画像処理方法は、擬似階調画像データの最大階調と最小階調との電圧差を、圧縮データの最大階調と最小階調との電圧差よりも大きくし、且つ画像データと圧縮データとの階調差の部分に新たに電圧を割り当ててオーバードライブ処理に利用するので、液晶表示ディスプレイのコントラスト低下を抑えつつ、全ての階調でオーバードライブ処理を行うことができる。
【００３７】
なお、本実施の形態に係る画像処理回路は、ハードウェアで構成しても、ソフトウエアで構成しても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
図５に本実施の形態に係る画像処理回路のブロック図を示す。図５に示す画像処理回路は、図４に示す画像処理回路にガンマ補正制御部であるガンマ補正制御回路４と、ガンマ生成部であるガンマ生成回路５とを新たに追加した構成である。
【００３９】
液晶表示ディスプレイは、印加する電圧の上昇に対し、表示輝度（明るさ）は正比例的には上昇せず、曲線的に上昇する。この印加する電圧と表示輝度との関係を補正する方法がガンマ補正である。しかし、実施の形態１に示すように、画像データを圧縮すると、そのデータ圧縮率がガンマ補正に影響を与えることになる。
【００４０】
そこで、本実施の形態に係る画像処理回路では、ガンマ補正を行うガンマ生成回路５を、データ圧縮率の影響を考慮して制御できるようにガンマ補正制御回路４を設けている。これにより、本実施の形態に係る画像処理回路では、データ圧縮率の変更にかかわらず最適なガンマ補正を行うことが可能となる。
【００４１】
なお、本実施の形態に係る画像処理回路は、ハードウェアで構成しても、ソフトウエアで構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ノーマリホワイトの電圧設定を説明するための図である。
【図２】データ圧縮方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る画像処理方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る画像処理回路を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る画像処理回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  データ圧縮回路、２  ＦＲＣ処理回路、３  オーバードライブ処理回路、４  ガンマ補正制御回路、５  ガンマ生成回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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